CN1954369A - 用于记录和复制全息数据的光学设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学记录和复制设备。这个设备包括：用于接纳记录介质(204)的装置、用于产生辐射束的辐射源(200)、用于检测对应于在所述记录介质中记录的全息信号的光的装置(206)、用于向所述接纳装置引导所述辐射束的装置(202)、和设置在接纳装置的相对于检测装置的另一侧的反射式空间光调制器(205)。

Description

用于记录和复制全息数据的光学设备
技术领域
本发明涉及用于在全息记录介质中记录数据和从全息记录介质中复制数据的光学设备。
本发明具体来说与WORM(一次写入多次读出)全息设备有关。
背景技术
能够在全息记录介质上记录并且从全息记录介质读出的、并且具有和没有相位共轭读出的光学设备在H.J.Coufal，D.Psaltis，G.T.Sincerbox(Eds.)的“全息数据存储”(Springer光学科学丛书，2000)中公开。图1表示出使用相位共轭读出的这样一种光学设备。这个光学设备包括：辐射源100、准直器101、第一分束器102、空间光调制器103、第二分束器104、透镜105、第一偏转器107、第一望远镜108、第一反光镜109、半波板110、第二反光镜111、第二偏转器112、第二望远镜113、检测器114。这个光学设备试图在记录介质106中记录数据并从记录介质106中读出数据。
在记录介质中记录全息图期间，由辐射源100产生的一半的辐射束借助于第一分束器102被送到空间光调制器103。这个部分的辐射束称为信号束。由辐射源100产生的一半的辐射束借助于第一偏转器107偏转到望远镜108。这个部分的辐射束称为参考束。借助于空间光调制器103对信号束进行空间调制。空间光调制器包括透射区和吸收区，对应于要记录的全息图的0和1数据位。在信号束通过空间光调制器103以后，信号束携带了要在记录介质106中记录的信号，即，要记录的全息图。然后借助于透镜105将信号束聚焦到记录介质106上。
参考束也借助于第一望远镜108聚焦在记录介质106上。于是，这个全息图作为信号束和参考束之间干涉的结果以干涉图形的形式记录在记录介质106中。一旦在记录介质106中记录了一个全息图，就在记录介质106的同一个位置记录下另一个全息图。至此，对应于这个全息图的数据被送到空间光调制器。使第一偏转器107旋转，从而可以改变参考信号相对于记录介质106的角度。使用第一望远镜108来保持参考束在旋转时处在同一个位置。于是，在记录介质106的同一个位置以不同的图形记录下干涉图形。这称为角度多路复用。记录多个全息图的记录介质106的同一个位置被称为书(book)。
此外，可以调谐辐射束的波长以便在同一本书内记录不同的全息图。这称为波长多路复用。
在从记录介质读出全息图期间，使空间光调制器103变为完全吸收，以使辐射束的任何一部分都不会通过空间光调制器103。除掉第一偏转器107，以使由辐射源100产生的并且穿过分束器102的辐射束部分经过第一反光镜109、半波板110、和第二反光镜111抵达第二偏转器112。如果在记录介质106中记录全息图使用了角度多路复用，并且要读出一个指定的全息图，则第二偏转器112以这样的方式进行安排，以使得它相对于记录介质106的角度与用于记录这个指定的全息图的角度相同。因此，由第二偏转器112偏转的并且借助于第二望远镜113在记录介质106中聚焦的信号是用于记录这个指定的全息图的参考信号的相位共轭。如果在记录介质106内记录全息图使用了波长多路复用，并且要读出一个指定的全息图，则使用相同的波长来读出这个指定的全息图。
然后，通过信息图形来衍射参考信号的相位共轭，这样就产生了一个重构的信号束，然后重构的信号束经过透镜105和第二分束器104抵达检测器114。
这个WORM全息设备的缺点是它需要用于产生参考信号的一个光学分支和用于产生参考信号的相位共轭的另一个光学分支。这将使这种全息设备庞大且昂贵，制造这样一种全息设备时间长并且很复杂。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种更紧凑且更容易制造的WORM全息设备。
为此，本发明提出一种光学记录和复制设备，包括：用于接纳记录介质的装置、用于产生辐射束的辐射源、用于检测对应于在所述记录介质中记录的全息信号的光的装置、用于向所述接纳装置引导所述辐射束的装置、和设置在接纳装置的相对于检测装置的另一侧的反射式空间光调制器。
按照本发明，使用反射式空间光调制器。在记录期间，将辐射束引向记录介质，然后进行空间调制并且反射回到记录介质。结果，在记录介质内参考束和信号束发生干涉，其在所述记录介质内产生信息图形。在读出期间，将参考束引向记录介质，然后被所述信息图形衍射到检测装置。因此，按照本发明的WORM全息设备不需要分开的光学分支来产生信号束和参考束。因此，它相当紧凑，易于制造。
有益地，引导装置包括：在检测装置和接纳装置之间的偏振分束器；和在偏振分束器和接纳装置之间的1/4波片。这个解决方案特别容易实现，并且可以保证在记录和读出期间使用相同的光学元件。
优选地，辐射束具有可以调谐的波长，用于在记录介质的同一位置记录不同全息图。这就允许进行波长多路复用，增加了在记录介质中可以记录的数据容量。
有益地，所述光学记录和复制设备还包括在引导装置和接纳装置之间的第一透镜以及在接纳装置和反射式空间光调制器之间的第二透镜。由于使用这些透镜，减小了所记录的全息图的尺寸，增加了在记录介质中可以记录的数据容量。进而，透镜的使用允许在记录介质内发生球面波干涉。结果，移位多路复用是可能的，这进一步增加了数据容量。参照下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将是明白和清楚的。
附图说明
现在参照附图借助于实例更加详细地描述本发明，其中：
图1表示按照现有技术的光学设备；
图2a和2b分别表示在记录期间和在读出期间按照本发明的光学设备；
图3a和3b分别表示在记录期间和在读出期间按照本发明的有益
实施例的光学设备。
具体实施方式
在图2a和2b中描述的是按照本发明的一个光学设备。这个光学设备包括辐射源200、准直器201、偏振分束器202、1/4波片203、反射式空间光调制器205、和检测装置206。这个光学设备打算在记录介质204中记录全息数据并且从记录介质204中读出全息数据。这个光学设备还包括用于接纳记录介质的装置，这在图2a和2b中没有表示出来。这些接纳装置例如是在其上面可以放置记录介质的平台。例如可以使用按照常规在CD或DVD播放器中使用的平台。
在记录期间，这由图2a表示，辐射源200产生辐射束，辐射束通过准直器201转换成平行束。然后这个平行束借助于偏振分束器202引向记录介质。在平行束穿过偏振分束器202后，它具有线性偏振。随后这个线性偏振束通过1/4波片203，产生圆偏振束。这个圆偏振束通过记录介质204，并且到达反射式空间光调制器205。于是反射一个反射信号，这个反射信号是圆偏振的并且携带了被发送到反射式空间光调制器205的信息。这个反射信号然后到达记录介质204，在这里与刚刚通过1/4波片203的圆偏振束发生干涉。这种干涉在记录介质204中产生一个信息图形，于是记录了要记录的全息图。干涉可能在来自反射式空间光调制器205的束和刚刚通过1/4波片203的束之间发生，因为这两个束具有相同的偏振。刚刚通过1/4波片203的束起参考束的作用，而来自反射式空间光调制器205的束起信号束的作用。
在按照本发明的光学设备中，信号束和参考束是利用同一个光学分支产生的，这个光学分支包括引导装置和反射式空间光调制器205。结果，按照本发明的光学设备比按照现有技术的光学设备更加紧凑得多。
反射式空间光调制器205可以是例如反射式硅上铁电液晶(FLCOS)空间光调制器。这样的空间光调制器已经商业化了，特别是被“Boulder Nonlinear Systems”和“Displaytech”这样一些公司商业化。反射式空间光调制器205还可以是反射式数字微镜设备(DMD)空间光调制器。这样的空间光调制器已经商业化了，特别是被“Productivity Systems”公司商业化。反射式空间光调制器205还可以是透射式空间光调制器和反光镜的组合，但这一解决方案不太优选，因为透射式空间光调制器的效率比反射式空间光调制器的效率低。
一旦记录了一个全息图，通过改变辐射束的波长就可以记录另一个全息图。按照本发明的光学设备对于波长多路复用是特别有益的。实际上，为了在记录介质204的同一本书里记录较大数目的全息图，波长选择性应该尽可能地低。波长选择性表示用于以可接受的串扰记录两个全息图的两个连续的波长之间的间隙。在H.J.Coufal，D.Psaltis，G.T.Sincerbox(Eds.)的“全息数据存储”(Springer光学科学丛书，2000)中已经公开：波长选择性是：Δλ＝(λ2cosθs)/2Lsin2[0.5(θf+θs)]，在这里，λ是波长，L是介质厚度，θf和θs分别是参考束和信号束与介质法线之间的角度。在现有技术的光学设备中，在参考束和介质法线之间的角度θf大约是π/4，而在按照本发明的光学设备中这个角度是0。可以计算出来，在按照本发明的光学设备中的波长选择性比在现有技术的光学设备中的波长选择性约好6.8倍。
这就意味着，在按照本发明的光学设备中每本书的可以记录的全息图数目比在现有技术的光学设备中每本书的可以记录的全息图数目约大6.8倍。结果，当使用按照本发明的WORM全息设备时，增加了数据容量。
一旦在记录介质204中记录了一本书，通过相对于光学拾取单元移动记录介质204就可以记录另一本书，该光学拾取单元包括检测装置206、偏振分束器202、1/4波片203、反射式空间光调制器205。按照另一种方式，相对于记录介质204在平行于记录介质204的方向移动光学拾取单元。
在读出期间，这由图2b表示，辐射源200产生具有指定波长的辐射束，该辐射束通过准直器201转换成平行束。这个平行束借助于偏振分束器202被引向记录介质。在平行束穿过偏振分束器202后，该平行束具有线性偏振。随后这个线性偏振束通过1/4波片203，产生圆偏振束。这个圆偏振束到达记录介质204，并通过记录在所述记录介质204中的信息图形被反射。于是产生重构的信号束，这个信号束携带与用同一波长记录的全息图对应的记录信息。这个重构的信号束通过1/4波片203，产生线性偏振束，其偏振垂直于刚刚由偏振分束器偏转的束的偏振。结果，这个线性偏振的重构的信号束通过偏振分束器，到达检测装置206。于是，读出了记录的全息图。为了读出另外的全息图，改变由辐射源200产生的辐射束的波长。
检测装置206是例如CMOS像素检测器阵列，或者CCD阵列。
应注意，在为了获得实像读取记录介质之前，介质204在记录之后必须以这样的方式进行切换，以使得在记录期间面对空间光调制器的记录介质204的那一面在读出期间面对检测装置。如果不对介质进行切换，则只能获得一个虚像，其不能被检测装置检测。有益地，按照本发明的光学装置包括用于在需要时自动旋转所述记录介质204的装置。
图3a和3b表示按照本发明的一个有益实施例的光学设备。除了参考附图2a和2b已经描述过的元件以外，这个光学设备还包括第一透镜301和第二透镜302。第一透镜301安排在偏振分束器和记录介质之间，第二透镜302安排在记录介质204和反射式空间光调制器205之间。
在记录期间，这由图3a表示，穿过1/4波片203的辐射束借助于第一透镜301在记录介质204中聚焦。因此，在记录介质204中聚焦球面波束。然后，借助于第二透镜302使这个球面波束变为平行的，然后使其抵达反射式空间光调制器205，在这里产生信号束。在从反射式空间光调制器205返回的路径上，信号束借助于第二透镜302聚焦在记录介质204上。结果，球面波信号束与球面波参考束在记录介质204内发生干涉，并且产生信息图形，其与要记录的全息图相对应。
球面波束在记录介质204内发生干涉的事实允许进行移位多路复用。移位多路复用是通过相对于光学拾取单元移位记录介质来记录一组全息图。一旦在记录介质的指定位置已经记录了一个全息图或一本书，记录介质就在小于全息图宽度的距离上发生移动。移位多路复用只在球面波发生干涉时才是可能的，因此对于图2a和2b的光学设备来说，移位多路复用是不可能的。
有益地，移位多路复用和波长多路复用的组合可用于在记录介质204中记录数据。例如，通过调谐辐射源200产生的辐射束的波长在某个位置记录一本书。一旦这本书已经记录，就相对于光学拾取单元在小于这本书的宽度的距离上移动记录介质204。然后，通过调谐辐射束的波长来记录另一本书。
应注意，第一和第二透镜301、302可以具有较小的数值孔径，例如0.4。实际上，这些透镜仅用于产生球面波。结果，使用这种小数值孔径的透镜(因此很便宜)可使光学设备的价格较低。
还要注意，1/4波片203应当放置在第一透镜301和记录介质204之间，但这个解决方案并不是优选的，因为1/4波片在平行束中的效率好于在收敛束中的效率。
在读出期间，这由图3b表示，球面波束被送到记录介质204并且被信息图形反射。如在图2b中所示的，产生了重构的信号束，其随后到达检测装置206。读出已经利用指定的波长和记录介质204相对于光学拾取单元的指定的位置记录的全息图是通过放置记录介质204在相同位置并且产生具有相同波长的辐射束来实现的。应注意，记录后的记录介质204在能读出之前不必进行切换。不切换介质204就可以获得实像，这是因为虚像通过第一透镜301被转换成实像。
在下面的权利要求书中的任何附图标记都不应该被认为是对于权利要求的限定。显然，使用动词“包括”以及它的变化形式并不排除存在除在任何权利要求中限定的那些元件以外的任何其它元件。在元件前边的词“一个”并不排除存在多个这样的元件。

Claims (4)

1、一种光学记录和复制设备，包括：用于接纳记录介质(204)的装置、用于产生辐射束的辐射源(200)、用于检测对应于在所述记录介质中记录的全息信号的光的装置(206)、用于向所述接纳装置引导所述辐射束的装置(202)、和设置在接纳装置的相对于检测装置的另一侧的反射式空间光调制器(205)。
2、根据权利要求1所述的光学记录和复制设备，其中：所述引导装置包括在检测装置和接纳装置之间的偏振分束器(202)和在偏振分束器和接纳装置之间的1/4波片(203)。
3、根据权利要求1所述的光学记录和复制设备，其中：所述辐射束具有可以调谐的波长，用于在记录介质的同一位置记录不同全息图。
4、根据权利要求1所述的光学记录和复制设备，进一步包括：在检测装置和接纳装置之间的第一透镜(301)以及在接纳装置和反射式空间光调制器之间的第二透镜(302)。
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